[發(fā)明專利]融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310164010.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN103279186A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永生;李帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01;G06F3/0346;G06T7/00;G06T7/20
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

1.一種融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，包括目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元、目標(biāo)定位單元、數(shù)據(jù)同步控制單元、數(shù)據(jù)接收與處理單元，所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元為多個(gè)；

所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元：在數(shù)據(jù)同步控制單元的控制下，獲取目標(biāo)對(duì)象各關(guān)節(jié)點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)各關(guān)節(jié)點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

所述目標(biāo)定位單元：在數(shù)據(jù)同步控制單元的控制下，獲得各目標(biāo)對(duì)象的準(zhǔn)確位置數(shù)據(jù)，即目標(biāo)定位點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)數(shù)值，并將該坐標(biāo)數(shù)值數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元；

所述數(shù)據(jù)同步控制單元：保證上述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元之間數(shù)據(jù)采集的同步性；

所述數(shù)據(jù)接收與處理單元：接收上述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元傳輸?shù)母髂繕?biāo)對(duì)象的姿態(tài)數(shù)據(jù)和坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)，運(yùn)用反向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對(duì)各目標(biāo)對(duì)象的姿態(tài)數(shù)據(jù)與坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，得到控制三維動(dòng)畫角色運(yùn)動(dòng)的完整的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，?所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元包括多個(gè)慣性傳感器、節(jié)點(diǎn)控制器、無線傳輸模塊和動(dòng)作捕捉主機(jī)，所述慣性傳感器固設(shè)在采集節(jié)點(diǎn)上，在節(jié)點(diǎn)控制器的控制下對(duì)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳輸給動(dòng)作捕捉主機(jī)，經(jīng)動(dòng)作捕捉主機(jī)對(duì)采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析后傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性傳感器為三軸加速度傳感器、三軸角速度傳感器和三軸地磁傳感器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)定位單元包括多臺(tái)高速攝像機(jī)、發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)（定位點(diǎn)）、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互裝置和定位主機(jī)，在每個(gè)目標(biāo)對(duì)象的最大程度無遮擋的部位放置一個(gè)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)，通過排布在空間中的多臺(tái)高速攝像機(jī)將各目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀況以圖像的形式記錄下來，然后將記錄下來的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交互裝置傳輸給定位主機(jī)進(jìn)行處理，即定位主機(jī)計(jì)算識(shí)別圖像中各發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于空間的任意一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)至少被兩臺(tái)高速攝像機(jī)所采集，則根據(jù)同一瞬間兩臺(tái)高速攝像機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，得到該發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)同步控制單元包括控制器和無線傳輸模塊，所述控制器的命令通過無線傳輸模塊傳輸給目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收與處理單元包括系統(tǒng)主機(jī)和HUB，所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元采集的數(shù)據(jù)經(jīng)HUB接收后，傳輸給系統(tǒng)主機(jī)。

7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述捕捉的目標(biāo)對(duì)象為人體，并將人體骨骼模型分為17個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，該17個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分別為臀腹關(guān)節(jié)、左胸肩關(guān)節(jié)、右胸肩關(guān)節(jié)?、左肩關(guān)節(jié)、右肩關(guān)節(jié)、左肘關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、左腕關(guān)節(jié)、右腕關(guān)節(jié)、胸頸關(guān)節(jié)、頭頸關(guān)節(jié)、左腿根關(guān)節(jié)、右腿根關(guān)節(jié)、左膝關(guān)節(jié)、右膝關(guān)節(jié)、左踝關(guān)節(jié)和右踝關(guān)節(jié)，通過上述17個(gè)節(jié)點(diǎn)來確定人體在空間的位置和朝向。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)定位單元選取人體的頭頸關(guān)節(jié)為定位點(diǎn)，在人體的頭頸關(guān)節(jié)上放置發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)。